Солнечная электростанция для дома площадью 200 м2 своими руками / - услуги электромонтажа, строительства и ремонта

Далее мы переходим к установке дома. Аккумуляторы предварительно заряжаются с помощью интеллектуального автомобильного зарядного устройства для выравнивания напряжения и соединяются последовательно для обеспечения 48 В. Затем они подключаются к инвертору с помощью кабеля сечением 25 мм². Кстати, когда вы впервые подключаете батарею к инвертору, на клеммах будет заметная искра. Если вы не перепутали полярность, все в порядке – инвертор имеет довольно емкие конденсаторы, и они начинают заряжаться при подключении к батареям. Максимальная выходная мощность инвертора составляет 5000 Вт, а это значит, что ток, который может протекать через кабель от аккумулятора, составит 100-110 А. Выбранный кабель достаточен для безопасной работы. После подключения батареи можно подключить внешнюю сеть и нагрузку дома. Клеммные колодки подключаются к фазе, нейтрали и заземлению. Это просто и понятно, но если вам небезопасно чинить розетку, лучше доверить электромонтажные работы опытным электрикам. И, наконец, солнечные батареи: здесь тоже нужно быть осторожным и не менять полярность. При мощности 2,5 кВт и неправильном подключении солнечный контроллер немедленно перегорит. Да что там говорить: с такой мощностью, от солнечных батарей, можно заниматься сваркой напрямую, без сварочного инвертора. Это не сделает солнечные панели более здоровыми, но сила солнца действительно велика. Поскольку я дополнительно использую разъемы MC4, перепутать полярность при изначально правильной установке просто невозможно.

Содержание

Самодельная солнечная электростанция для дома площадью 200 м2

В Интернете часто можно встретить информацию о борьбе за экологию и развитии альтернативных источников энергии. Иногда даже появляются сообщения о том, как в заброшенной деревне была построена солнечная электростанция, чтобы жители могли пользоваться благами цивилизации не 2-3 часа в день, когда работает генератор, а постоянно. Но все это как-то далеко от нашей жизни, поэтому я решил показать и рассказать на примере, как выглядит и работает солнечная электростанция для частного дома. Я расскажу обо всех этапах: от идеи до включения всего оборудования, а также поделюсь своим опытом эксплуатации. Статья будет довольно большой, так что кто не любит много букв, может посмотреть ролик. Там я попытался рассказать ту же историю, но вы можете увидеть, как я сам все это собрал.

Исходная ситуация: дом площадью около 200 м2 подключен к электросети. Трехфазный вход, общая мощность 15 кВт. В доме есть стандартный набор электроприборов: холодильники, телевизоры, компьютеры, стиральные и посудомоечные машины и так далее. Электрическая сеть не стабильна: я зафиксировал 6 дней подряд перебоев в подаче электроэнергии продолжительностью от 2 до 8 часов.

Чего вы ожидаете: Забудьте об отключениях электроэнергии и пользуйтесь электричеством, несмотря ни на что.

Каковы преимущества: Максимальное использование солнечной энергии, чтобы ваш дом в приоритетном порядке снабжался солнечной энергией, а недостаток брался из сети. В качестве бонуса, после принятия закона о частной продаже электроэнергии в сеть, они смогут начать компенсировать часть своих затрат, продавая излишки производства в общую сеть.

Более разумным подходом является расчет количества энергии, произведенной одним модулем:

Немного теории

Основным материалом для изготовления панелей является кремний с добавлением бора и фосфора. Они находятся далеко друг от друга. При воздействии солнечного света на люминофор (сторона n-типа) свободные электроны разделяются и начинают двигаться к пластине бора. Борная пластина, имеющая свободные элементы, или специфические дырки (сторона p-типа) принимает свободные электроны. Или возникает p-n-переход. Теперь остается снять это движение электронов с пластины в виде электрического тока.

Зимой, а также весной и осенью требуется гораздо больший запас хода, поскольку световой день короче – солнце находится над горизонтом меньшее время.

Шаг 2: Выбор батареи

Все солнечные панели являются источниками постоянного тока. Они вырабатывают электроэнергию только в дневное время. Если вы хотите подключить нагрузку постоянного тока в течение дня, это не проблема; вы можете подключиться непосредственно от панелей. Но это не лучшее решение, потому что:

Для эффективной работы большинства устройств требуется постоянное номинальное напряжение. Напряжение и сила тока, передаваемые солнечными панелями, непостоянны. Они меняются в зависимости от интенсивности солнечного света, пасмурная погода – “не очень”.
Если вы хотите включить что-то ночью, оно просто не включится.

Эта проблема решается с помощью батарей, которые накапливают энергию днем и используют ее ночью. Существует множество типов батарей. Батареи с открытыми элементами и жидким электролитом, к которым относятся автомобильные аккумуляторы, предназначены для отдачи большого тока в течение короткого периода времени. Они не предназначены для глубокой разрядки, у них другие задачи. Батареи для солнечных панелей – это батареи глубокого цикла, они легко выдерживают частичные разряды и предназначены для глубоких, медленных разрядов. Гелевые и литиевые батареи хорошо подходят для солнечных электростанций (о том, какие батареи лучше всего подходят для солнечных электростанций, мы писали здесь).

Примечание: Перед выбором компонентов необходимо определить, какая система напряжения вам нужна: 12/24 В или 48 В. Чем выше напряжение, тем меньше ток протекает в медных проводниках и тем меньше потери. Кроме того, чем выше рабочее напряжение, тем меньшая площадь поперечного сечения проводников требуется. Системы с рабочим напряжением 12В или 24В чаще всего используются в качестве бытовых электростанций. Это связано с тем, что некоторые бытовые приборы могут питаться непосредственно от генератора, без двойного преобразования напряжения (повышения и понижения), которое приводит к потерям электроэнергии. Для данного проекта рассмотрим систему на 12 В.

Емкость батареи рассчитывается в ампер-часах (Ач).
Мощность (Вт)= Напряжение (В) х Ток (А). – Ампер-час = Напряжение (В) х Ток (А) х Время (ч) = Ампер-час.
Напряжение батареи = 12 В (для нашей системы).

Емкость аккумулятора (Ач) = Нагрузка (Вт)*Время (ч)/напряжение (В) = 250/12 = 20,83Ач.

Важно понимать, что эффективность батареи не может быть 100%, в большинстве случаев она составляет 80%. Исходя из этого, мы имеем емкость батареи (Ач) = 20,83/0,8 = 26Ач. Поскольку мы используем инвертор напряжения, который имеет свой КПД, обычно также принимаемый за 80%, добавим его: 26/0.8 = 32.5Ah. Но это еще не все – несмотря на то, что мы используем батареи глубокого цикла, для обеспечения длительного срока службы батарей не рекомендуется разряжать их полностью, а оставлять не менее 30% заряда – оказывается, чем больше вы оставите, тем дольше они прослужат: 32,5*1,3 = 42,25Ah Округлите в большую сторону, чтобы получить целое число, и выбирайте батареи глубокого разряда с емкостью 45 ампер-часов (Ah) и выше.

Обычно наибольшая ЭДС возникает между коллектором и базой или эмиттером и базой. Перед сборкой домашней солнечной батареи протестируйте все подготовленные компоненты и рассортируйте их по группам (блокам) с наиболее близкими суммарными напряжениями.

Как и в диодах, открытый кристалл полупроводникового транзистора при освещении создает разность потенциалов на p-n-переходе. Если вы проведете измерения, то обнаружите, что всегда есть пара p-n выводов, которая производит максимально возможную мощность.

Но перед этим нужно “открыть” корпус транзистора – аккуратно снять крышку. Вот как выглядит транзистор 2T908A “изнутри”:

Обычно наибольшая ЭДС возникает между коллектором и базой или эмиттером и базой. Перед сборкой домашней солнечной панели протестируйте все подготовленные компоненты и рассортируйте их по группам (блокам) с наиболее близкими суммарными напряжениями.

Примечание: Одним из основных недостатков силовых транзисторов отечественного производства является “нестабильность” характеристик.

Например, чтобы выбрать примерно одинаковую пару для двухкаскадного усилителя, необходимо было вручную “протестировать” несколько транзисторов.

Для увеличения общего напряжения и тока используется смешанная проводка.

Первый вариант. Группы (блоки) соединены параллельно с тем же общим напряжением, что и элементы, соединенные последовательно, а выход представляет собой сумму токов от каждого блока. Эта диаграмма показана ниже:

Второй вариант. Элементы с примерно одинаковыми напряжениями соединяются в группу параллельно (выходной ток будет равен сумме токов). Для увеличения напряжения несколько таких групп соединяются последовательно.

В настоящее время на рынке представлено три поколения таких солнечных батарей:

Что такое солнечная батарея и как она работает?

Общее понимание принципа выработки электроэнергии из солнечной энергии

У людей, решивших установить солнечные батареи, возникает множество вопросов, и для многих эта задача кажется невыполнимой из-за кажущейся сложности ее конструкции. Однако в действительности особых трудностей при его установке не возникает. В этом можно убедиться, изучив принципиальную схему и посмотрев, как выполняет работу мастер, изготовивший не одно такое устройство.

Солнечная панель – это набор фотоэлектрических преобразователей солнечной энергии в электричество.

Солнечная панель – это набор фотоэлектрических элементов, соединенных между собой. Каждый из них имеет небольшую генерирующую мощность, но вместе они дают очень приличную производительность.

Отдельные фотоэлектрические элементы объединены в единую панель и защищены с обеих сторон материалами, устойчивыми к ультрафиолетовому излучению, влаге и другим погодным условиям. Это важно, поскольку батареи обычно работают на открытом, незащищенном участке – это может быть крыша здания, ограждение балкона или поляна у дома.

Общая конструкция солнечной электрической системы представляет собой ряд устройств и оборудования, соединенных в единую цепь:

Пластины преобразователя представляют собой полупроводниковые фотоэлектрические элементы, которые обладают способностью генерировать постоянный ток при воздействии света. Пластины соединяются между собой в определенную цепь специальными шинами (плоскими проводниками) и собираются в батарею в общем корпусе.
Пластины батареи, состоящие из фотоэлектрических элементов, подключаются к управляющему устройству с выбранными параметрами тока и напряжения, необходимыми для зарядки батареи.
Батарея или полный аккумулятор, состоящий из таких элементов, хранит заряд.
Специальный инвертор преобразует постоянный ток в переменный ток 220 В (при необходимости).

Главный редактор проекта Stroyday.ru. Инженер.

Устройства этой серии используются, когда отдельные стационарные энергетические точки или даже весь дом планируется питать солнечной энергией. Энергия, накопленная в аккумуляторе в течение дня, может быть использована в пасмурные дни или в часы темноты. Также используются более простые системы, где солнечные панели являются лишь вспомогательным источником энергии и не требуется накопление энергии. Затем панель может быть подключена непосредственно к потребительскому устройству. Однако этот вариант менее надежен, поскольку стабильность поставок будет полностью зависеть от наличия солнечного света в любой момент времени.

Использование солнечных батарей для полного энергоснабжения дома важно в регионах, где преобладает количество солнечных дней в году. Чаще всего этим “славятся” южные регионы страны. В других контекстах они в основном используются в качестве дополнительного источника энергии.

Три основные разновидности фотоэлектрических модулей

Солнечные модули, из которых собирается панель, делятся на три типа:

— Монокристаллический;

Структурные свойства панелей оказывают непосредственное влияние на эксплуатационные характеристики конструкции, а также на ее общую стоимость.

Монокристаллические и поликристаллические варианты солнечных панелей

Монокристаллический Пластины изготовлены из монокристаллического кремния, полученного методом Чохральского. Они высокого качества и имеют хороший (по стандартам фотоэлектрических элементов) КПД около 20÷22%. По этой причине их цена также достаточно высока.

Солнечный свет, попадающий на монокристаллическую поверхность, способствует направленному движению свободных электронов. Пластины с обеих сторон соединены с шинами, которые затем подключаются к общей электрической цепи системы.

Высокая эффективность этого типа пластин обусловлена тем, что солнечные лучи равномерно рассеиваются на поверхности кристалла.

Поликристаллический Фотоэлементы изготавливаются из полупроводника, имеющего поликристаллическую структуру. Именно этот тип батарей считается оптимальным для создания системы преобразования солнечной энергии. Стоимость элементов и, следовательно, стоимость всей батареи ниже по сравнению с монокристаллическими устройствами. Это связано со спецификой производства фотоэлектрических элементов, поскольку при их изготовлении используются фрагменты, оставшиеся от монокристаллов.

При сравнении этих двух типов продуктов можно выделить следующие различия, выявленные в результате тестов, проведенных независимыми компаниями:

Поликристаллические пластины отличаются по внешнему виду от монокристаллических тем, что имеют неравномерно окрашенную поверхность, с чередующимися темными и светлыми участками.

Во время работы у всех фотоэлементов происходит постепенное снижение мощности. Так, после одного года эксплуатации он снижается на 3% для монокристаллических ячеек и на 2% для поликристаллических.
Общее количество электроэнергии, вырабатываемое монокристаллическим модулем, примерно на 30% выше, чем в случае поликристаллических ячеек с такой же площадью поверхности.
Стоимость поликристаллических элементов на 10÷15% ниже, чем монокристаллических.

Аморфные солнечные модули

Элементы этого типа имеют форму плотной гибкой пленки, что значительно упрощает процесс установки батареи.

В настоящее время на рынке представлено три поколения этих клеток:

Клетки первого поколения – это однопроходные клетки. Они имеют низкий КПД – всего 5% и относительно короткий срок службы – не более 10 лет.
Пленка второго поколения также является однопроходной, но ее эффективность увеличена до 8%, а срок службы продлен.
Тонкопленочные батареи третьего поколения имеют КПД до 12% и длительный срок службы, конкурируя с кристаллическими вариантами.

Несмотря на не очень высокую эффективность, однопроходные тонкопленочные модули второго поколения остаются самыми популярными. Они недороги и обладают приличной емкостью, которая может легко конкурировать с кристаллическими вариантами батарей.

Сравнение солнечных элементов

Если сравнивать кристаллические и пленочные батареи, то последние имеют ряд существенных преимуществ, которые зачастую делают их лучше:

Аморфные пленочные элементы лучше реагируют на изменения температуры, особенно на ее повышение. В солнечные месяцы года батареи этого типа способны вырабатывать больше энергии, чем их кристаллические аналоги, которые под воздействием тепла могут терять до 20% мощности.
Пленочные батареи вырабатывают энергию даже при рассеянном солнечном свете, в отличие от кристаллических, которые не вырабатывают энергию в пасмурную погоду. При слабом или рассеянном свете аморфная пленка способна генерировать до 20% номинальной энергии. Не много, но лучше, чем ничего.
Кристаллические панели значительно дороже пленочных. Причем цена последних продолжает падать благодаря активному увеличению объемов их производства.
Фольгированные солнечные панели имеют меньше недостатков и слабых мест. Дело в том, что жесткие панели спаиваются между собой при формировании панели, а фольга устанавливается в теле конструкции в целом.

Если подвести итог и составить таблицу, то сравнительные характеристики солнечных элементов из аморфной пленки и жестких кристаллических солнечных элементов выглядят следующим образом:

Параметры	Кристаллические панели	Аморфные тонкопленочные элементы
Эффективность продукции	9÷20%	6÷12%
Выходное напряжение одного фотоэлемента	Приблизительно 0,5 В	Приблизительно 1,7 В
Световой спектр с максимальной чувствительностью	Ближе к красному, т.е. для эффективной работы требуется яркий солнечный свет.	Ближе к ультрафиолету, т.е. также чувствительны к окружающему свету
Гибкость	Хрупкий и ломкий, требует жесткой подложки и надежной механической защиты.	Гибкий, легко гнется, не ломается.
Надежность в экстремальных условиях.	Требуется жесткое основание и соответствующая механическая защита.	Более устойчив к механическому воздействию, но также требует защиты.
Долговечность	При правильной защите может использоваться в течение длительного времени, но с годами эффективность средств постепенно снижается.	Высококачественные изделия, изготовленные в соответствии с технологией, выгорают на солнце на 4% в первые 4÷5 лет использования. Дешевые китайские аналоги могут выйти из строя через 2÷3 года.
Вес	сильный.	свет.

Следует пояснить, что выпускаются и комбинированные варианты солнечных панелей, то есть состоящие из кристаллических и аморфных элементов. Это означает, что все преимущества обоих типов максимально использованы. Однако стоимость таких изделий очень высока, поэтому они не так популярны, как ранее упомянутые батареи.

Что влияет на эффективность солнечных панелей?

Чтобы не удивляться тому, что солнечные батареи в разное время работают с разной эффективностью, необходимо определить факторы, влияющие на эффективность системы. Перечисленные ниже пункты относятся ко всем типам солнечных батарей, но с разной степенью интенсивности.

По мере повышения температуры эффективность фотоэлектрических элементов в каждой панели снижается.
При частичном затемнении, например, когда только часть панели подвергается воздействию солнечного света, а ряд элементов остаются неосвещенными, выходное напряжение падает из-за потерь в неосвещенных панелях.
Панели, оснащенные фокусирующими линзами, становятся совершенно неэффективными в пасмурную погоду, так как теряется эффект фокусировки.
Для достижения высокой эффективности солнечного коллектора необходимо правильно подобрать сопротивление нагрузки. Поэтому панели подключаются не напрямую к оборудованию или батарее, а через системный контроллер, который обеспечит оптимальную работу батареи.

Недостатки солнечных батарей

У солнечных батарей есть множество недостатков, из-за которых многие домовладельцы сразу же отвергают идею их покупки и установки.

Чтобы получить достаточное количество энергии, необходимо установить очень большое количество батарей, которые имеют довольно большие размеры. Очевидно, что для этого требуется большое пространство. Многие частные домовладельцы используют для их установки солнечную сторону крыши.

Обратите внимание, что кран будет эффективно работать только в том случае, если его лицевую сторону периодически очищать от осевшей пыли, грязи и высохшей дождевой воды. Это означает, что поверхность должна быть легко и удобно доступна.
Солнечные панели работают недостаточно эффективно после наступления сумерек, а ночью вообще не работают. Для того чтобы иметь возможность использовать энергию от них в любое время суток, необходимо подключить их к нескольким аккумуляторам, которые накапливают энергию на солнечный период.
Для большого количества батарей может потребоваться отдельное помещение, если система планируется в качестве основного источника энергии.

Солнечная энергия считается экологически чистой, но сами солнечные батареи содержат токсичные вещества, такие как кадмий, свинец, мышьяк, галлий и т.д. При нагревании конструкции эти вещества могут выделяться не только в окружающую среду, но и в помещения дома, если батареи установлены на крыше или балконе дома. Лучше всего устанавливать систему вдали от жилых домов.

Если батареи установлены на открытом пространстве, система часто оснащается специальным фотоэлементом, реагирующим на положение солнца, и поворотным механизмом, который вращает их в зависимости от движения солнца для повышения эффективности. Это повышает эффективность, но увеличивает сложность и стоимость проекта.
Пока эффективность таких систем не очень высока. Их эффективность составляет в лучшем случае 20%, остальные 80% воспринимаемой поверхностью солнечной энергии идут на нагрев батареи, средняя температура которой может достигать 55-60 градусов. Как упоминалось выше, эффективность фотоэлектрических элементов снижается по мере их нагревания.
Чтобы предотвратить перегрев батарей, используется какая-либо система принудительного охлаждения. Например, для перекачки хладагента устанавливаются вентиляторы или насосы. Понятно, что такие устройства также требуют электроэнергии, а также периодического обслуживания. Кроме того, они могут значительно снизить надежность всей конструкции. Проблема эффективного пассивного охлаждения батарей еще не решена.

На внутреннюю сторону металлических уголков наносится силиконовый герметик. Уплотнение углов должно быть выполнено тщательно, так как от этого зависит долговечность всей конструкции.

Пошаговая установка солнечной панели

После того как выбрано место для установки солнечной батареи и оборудования для работы солнечной системы, а также имеются все необходимые материалы и инструменты, можно приступать к установке солнечной батареи.

При монтаже необходимо соблюдать правила безопасности, особенно при установке солнечной батареи на крыше дома. Рассмотрим пошаговый алгоритм, как сделать солнечную батарею.

Шаг №1 – Пайка контактов кремниевой пластины

Сборка самодельной солнечной батареи часто начинается с пайки проводников фотоэлементов. Конечно, лучше всего покупать солнечные элементы с проводниками, если у вас есть такая возможность, так как пайка – это очень сложная и трудоемкая работа.

Пайка выполняется следующим образом:

Возьмите кремниевый фотоэлемент без проводников и металлическую полоску с проводниками.
Проводники вырезаются с помощью куска картона, их длина в два раза превышает длину кремниевой пластины.
Проводник аккуратно укладывается на доску. Два проводника на элемент.
Нанесите паяльную кислоту на спаиваемую область.
Припаяйте паяльником, аккуратно соединив провод с платой.

Не давите на силикатный компонент в процессе пайки, так как он очень хрупкий и может быть поврежден! Если вам повезло приобрести фотоэлементы с предварительно изготовленными контактами, вы сэкономите себе много работы, перейдя сразу к изготовлению рамки для вашей будущей батареи.

Шаг №2 – изготовление каркаса для солнечной батареи

Рама – это место, где будут установлены фотоэлектрические элементы. Для изготовления рамы берутся алюминиевые уголки и полосы, из которых изготавливается рама. Рекомендуемый размер угла – 70-90 мм.

Силиконовый герметик наносится на внутреннюю сторону металлических уголков. Углы должны быть тщательно заделаны, так как от этого зависит долговечность всей конструкции.

Когда алюминиевая рама готова, переходите к изготовлению задней коробки. Задняя коробка представляет собой деревянную коробку из ДСП с низкими бортами.

Высокие доски будут затенять фотоэлементы, поэтому их высота не должна превышать 2 см. Края прикручиваются с помощью саморезов и отвертки.

Читайте далее: